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Modelo Atômico de Heisenberg Características e Limitações
O Modelo atômico de Heisenberg (1927) introduz o princípio da incerteza nos orbitais de elétrons que circundam o núcleo atômico. O notável físico alemão estabeleceu as bases da mecânica quântica para estimar o comportamento das partículas subatômicas que compõem um átomo.
O princípio da incerteza de Werner Heisenberg indica que não é possível saber com certeza nem a posição nem o momento linear de um elétron. O mesmo princípio se aplica às variáveis tempo e energia; isto é, se tivermos uma pista sobre a posição do elétron, não saberemos o momento linear do elétron e vice-versa.
Em suma, não é possível prever o valor de ambas as variáveis simultaneamente. O precedente não implica que qualquer uma das grandezas mencionadas anteriormente não possa ser conhecida com precisão. Enquanto for separado, não há impedimento para obter o valor de juros.
Entretanto, a incerteza ocorre quando se trata de conhecer simultaneamente duas magnitudes conjugadas, como a posição e o momento linear, e o tempo junto com a energia.
Este princípio surge devido a um raciocínio estritamente teórico, como a única explicação viável para dar razão às observações científicas.
Índice
- 1 caraterísticas
- 2 testes experimentais
- 2.1 Exemplo
- 2.2 Mecânica quântica diferente da mecânica clássica
- 3 Limitações
- 4 Artigos de interesse
- 5 referências
Características
Em março de 1927, Heisenberg publicou seu trabalho Sobre o conteúdo perceptivo da cinemática e mecânica teórica quântica, onde detalhou o princípio da incerteza ou indeterminação.
Este princípio, fundamental no modelo atômico proposto por Heisenberg, é caracterizado pelo seguinte:
- O princípio da incerteza surge como uma explicação que complementa as novas teorias atômicas sobre o comportamento dos elétrons. Apesar do uso de instrumentos de medição com alta precisão e sensibilidade, a indeterminação ainda está presente em qualquer teste experimental.
- Por causa do princípio da incerteza, ao analisar duas variáveis relacionadas, se alguém tiver um conhecimento exato de uma delas, a indeterminação no valor da outra variável estará aumentando.
- O momento linear e a posição de um elétron, ou outra partícula subatômica, não podem ser medidos ao mesmo tempo.
- A relação entre as duas variáveis é dada por uma desigualdade. Segundo Heisenberg, o produto das variações do momento linear e da posição da partícula é sempre maior que o quociente entre a constante de prancha (6.62606957 (29) × 10 -34 Jules x segundos) e 4π, conforme detalhado na seguinte expressão matemática:
A legenda correspondente a essa expressão é a seguinte:
Δp: indeterminação do momento linear.
Δx: indeterminação da posição.
h: constante de prancha.
π: número pi 3.14.
- Diante do exposto, o produto das incertezas tem como limite inferior a relação h / 4π, que é um valor constante. Portanto, se uma das grandezas tender a zero, a outra deve aumentar na mesma proporção.
- Esta relação é válida para todos os pares de grandezas canônicas conjugadas. Por exemplo: o princípio da incerteza de Heisenberg é perfeitamente aplicável ao par de energia-tempo, conforme detalhado abaixo:
Nesta expressão:
ΔE: indeterminação de energia.
Δt: indeterminação do tempo.
h: constante de prancha.
π: número pi 3.14.
- A partir deste modelo deduz-se que o determinismo causal absoluto em variáveis canônicas conjugadas é impossível, pois para estabelecer essa relação deve-se ter conhecimento sobre os valores iniciais das variáveis do estudo.
- Consequentemente, o modelo de Heisenberg é baseado em formulações probabilísticas, devido à aleatoriedade que existe entre as variáveis em níveis subatômicos.
Testes experimentais
O princípio da incerteza de Heisenberg surge como a única explicação possível para os testes experimentais que ocorreram durante as primeiras três décadas do século XXI.
Antes de Heisenberg enunciar o princípio da incerteza, os preceitos predominantes sugeriam que as variáveis momento linear, posição, momento angular, tempo, energia, entre outros, para partículas subatômicas eram definidas operacionalmente.
Isso significava que eles eram tratados como se fossem física clássica; ou seja, um valor inicial foi medido e o valor final foi estimado de acordo com o procedimento preestabelecido.
O anterior envolveu a definição de um sistema de referência para as medições, o instrumento de medida e o método de uso do referido instrumento, de acordo com o método científico.
De acordo com isso, as variáveis descritas pelas partículas subatômicas tiveram que se comportar de forma determinística. Ou seja, seu comportamento tinha que ser previsto com precisão e exatidão.
No entanto, cada vez que um teste dessa natureza era realizado, era impossível obter o valor teoricamente estimado na medição.
As medições foram deturpadas devido às condições naturais do experimento, e o resultado obtido não foi útil para enriquecer a teoria atômica.
Exemplo
Por exemplo: se é uma questão de medir a velocidade e a posição de um elétron, a montagem do experimento deve contemplar a colisão de um fóton de luz com o elétron.
Essa colisão induz uma variação na velocidade e na posição intrínseca do elétron, com a qual o objeto da medição é alterado pelas condições experimentais.
Portanto, o pesquisador estimula a ocorrência de um erro experimental inevitável, apesar da precisão e precisão dos instrumentos utilizados.
Mecânica quântica diferente da mecânica clássica
Além do acima exposto, o princípio da indeterminação de Heisenberg afirma que, por definição, a mecânica quântica funciona de maneira diferente da mecânica clássica.
Consequentemente, assume-se que o conhecimento preciso das medições no nível subatômico é limitado pela linha fina que separa a mecânica clássica e quântica.
Limitações
Apesar de explicar a indeterminação das partículas subatômicas e estabelecer as diferenças entre a mecânica clássica e quântica, o modelo atômico de Heisenberg não estabelece uma única equação para explicar a aleatoriedade desse tipo de fenômeno.
Além disso, o fato de a relação ser estabelecida por meio de uma desigualdade implica que a faixa de possibilidades para o produto de duas variáveis canônicas conjugadas é indeterminada. Consequentemente, a incerteza inerente aos processos subatômicos é significativa.
Artigos de interesse
Modelo atômico de Schrödinger.
Modelo atômico de Broglie.
Modelo atômico de Chadwick.
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Modelo atômico de Thomson.
Modelo atômico de Dalton.
Modelo atômico de Dirac Jordan.
Modelo atômico de Demócrito.
Modelo atômico de Bohr.
Referências
- Beyler, R. (1998). Werner Heisenberg. Encyclopædia Britannica, Inc. Retirado de: britannica.com
- O Princípio da Incerteza de Heisenberg (s.f.). Retirado de: hiru.eus
- García, J. (2012). Princípio da incerteza de Heisenberg. Retirado de: hiberus.com
- Modelos atômicos (s.f.). Universidade Nacional Autônoma do México. Cidade do México, México. Recuperado de: asesorias.cuautitlan2.unam.mx
- Werner Heisenberg (s.f.) Retirado de: the-history-of-the-atom.wikispaces.com
- Wikipédia, a enciclopédia livre (2018). Constante da Prancha. Retirado de: en.wikipedia.org
- Wikipédia, a enciclopédia livre (2018). Relação de indeterminação de Heisenberg. Retirado de: en.wikipedia.org